세포는 어떻게 두 개로 균등하게 나누어질까? : 세포분열에 기계식 래칫이 작동되고 있었다. : 창조 설계-생명 [한국창조과학회 자료실]

미디어위원회

창조설계-생명체

2026-03-29

세포는 어떻게 두 개로 균등하게 나누어질까?

: 세포분열에 기계식 래칫이 작동되고 있었다.

(How Does a Cell Divide Evenly in Two?)

by John D. Wise, PhD

우리가 세포를 보며 "이해하게 되었다"라고 말하는 이유는, 세포의 구조 자체에 의미가 내재되어 있기 때문이다.

세포질분열 래칫(ratchet, 한쪽 방향으로만 도는 톱니)

이론상으로는 그렇지 않더라도, 실제로는 세속적 문화가 과학(science)을 신성한 경전처럼 받들고 있다. 그러나 이번 주에도 또다시 새로운 관찰 결과에 따라 일련의 "과학 교과서"들이 다시 쓰여야 할 상황에 놓였다. 언제나처럼 확고한 사실처럼 보였던 것들이 이제는 아니라는 것이다.

대문자로 표기되고 불가침적인 '과학(Science)'이라는 분야는 실험과학의 잠정적인 특성과 항상 일치하는 것은 아니다. 하지만 이는 약점이 아니라, 강점이다. 제대로 수행되고 적절한 범위내에서 이루어질 때, 소문자 's'로 표기되는 과학은 우리의 존경을 받을 자격이 있다. 이번 사례에서, 세심한 연구자들은 세포분열 시에 이전에 알려지지 않았던 기계적 특성을 발견해냈고, 오랫동안 유지되어 온 가정을 수정해야 할 필요성을 제기했다.

기계식 래칫이 일측성 세포질분열(unilateral cytokinesis)을 유도한다. (Nature, 2026. 2. 28). 하나의 세포가 두 개로 물리적으로 분열되는 과정인 세포질분열(cytokinesis)에 관한 새로운 발견이 최고의 과학 저널인 Nature 지에 게재되었다. 같은 날 Science Daily(2026. 2. 28) 지도 "세포분열 방식에 대한 새로운 발견은 교과서에 도전하고 있다"는 제목으로 요약 보도하고 있었다. 수십 년 동안 생물학 교과서에서는 흔히 "수축 고리(contractile ring, 수축환)" 모델이라고 불리는 방식을 사용하여, 이 세포분열 과정을 설명해 왔다.

과학자들은 거대 배아세포(giant embryonic cells)가 분열하는 놀라운 새로운 방식을 발견했다. 이 방식은 세포를 둘로 나누는 데 필수적이라고 오랫동안 여겨져 온 고전적인 "주머니끈(purse-string, 오므려 묶는 끈)" 고리에 의존하지 않는다. 제브라피시 배아(zebrafish embryos)를 연구한 결과, 세포들은 완전히 닫힌 수축 고리를 형성하는 대신에, 영리한 "기계식 래칫(mechanical ratchet)" 시스템을 사용하는 것으로 나타났다.

고전적인 수축하는 고리

유사분열(mitosis) 과정에서 염색체가 분리된 후, 유사분열 방추체(mitotic spindle)는 세포가 분열할 "적도(equator)"를 결정한다. 세포막 바로 아래, 이 적도 중앙 지점에서 세포는 세포 피질 내에 조밀한 액틴 필라멘트 띠(dense belt of actin filaments)를 형성한다. 이것은 세포막 아래에 있는 얇지만 기계적으로 중요한 지지 구조로서, 세포에 형태와 견고함을 부여한다.

액틴 필라멘트 띠에는 미오신 운동 단백질(myosin motor proteins)들이 박혀 있다. 미오신 분자들은 세포를 끈처럼 둘러싸고 있는 액틴 필라멘트를 잡아당긴다. 필라멘트는 둘레를 따라 다양한 방향으로 배열되어 있기 때문에, 미오신 운동 단백질들은 필라멘트들을 서로 미끄러뜨려 벨트를 조인다. 이 효과는 주머니의 끈을 오므려 조이는 것과 유사하다. 띠가 수축하면서 피질을 안쪽으로 당긴다. 피질은 세포막과 기계적으로 연결되어 있기 때문에, 세포막도 따라 들어간다. 세포 분열구가 형성되고 깊어지다가, 얇은 다리만 남게 되면, 이 다리가 잘려나가면서 두 개의 서로 다른 세포막이 생성된다. 즉, 하나의 세포에서 두 개의 새로운 세포가 만들어지는 것이다.

액틴으로 이루어진 조임끈(actin drawstring)은 팽팽하게 당겨지는 정적인 밧줄이 아니라, 수축하면서 끊임없이 조립되고 분해되는 능동적인 섬유 네트워크이다. 세포 내부 또한 텅 빈 액체가 아니다. 세포질은 밀도가 높고 점성과 탄성이 있는 물질이다. 세포질의 견고성, 내부 압력, 그리고 기계적 특성 모두 중요하다. 작은 세포에서는 이러한 매끄러운 조임끈 메커니즘이 매우 효과적으로 작동한다.

스케일이 변하면, 물리학이 바뀐다

하지만 거시공학(macro-engineering)에서와 마찬가지로, 스케일이 커지면 이 과정의 물리적 특성이 달라진다.

이번의 새로운 연구는 매우 큰 배아 세포에 초점을 맞췄다. 이러한 세포에서는 연속적인 주위의 수축에 의한 세포분열이 기계적으로 불안정해진다. 세포 크기가 증가함에 따라 세포질 점도, 내부 응력, 피질 장력이 다르게 작용한다. 매우 큰 구형 세포를 가운데에서 균일하게 조이는 것은 작은 주머니를 조이는 것만큼 간단하지 않다.

부드러운 고무 스펀지 공을 반으로 똑같이 나누는 것과 물풍선을 똑같이 나누는 것의 차이를 생각해 보라. 스펀지 공은 모양을 유지한다. 가운데를 누르면 재질이 부분적으로 압축되어 재분배에 저항한다. 변형은 힘이 가해진 부분에 그대로 유지된다.

그러나 물풍선은 다르게 행동한다. 내부의 액체가 움직이고, 압력이 순식간에 재분배된다. 작은 비대칭이 증폭되어, 두 개의 깔끔한 반쪽으로 나뉘어지는 대신에, 힘을 신중하게 조절해서 가하지 않으면, 구조가 예측할 수 없이 부풀어 오른다.

이러한 대조는 기계적 문제를 잘 보여준다. 작은 세포는 스펀지 공처럼 행동하는 반면, 점성이 있고 탄력성이 있는 세포질로 가득 찬 커다란 배아 세포는 물풍선처럼 행동한다. 지속적인 수축은 불안정성을 초래할 위험이 있다.

일종의 기계식 래칫이 작동되고 있었다.

연구자들이 커다란 세포의 세포분열에서 관찰한 것은 래칫 메커니즘(ratcheting mechanism)이었다.

연구자들은 세포질이 분열 간기(interphase) 동안에 더 단단해져, 액틴 띠를 안정화하는 지지 구조를 형성한다는 사실을 발견했다. 그러나 M기(mitotic phase) 동안에는 세포질이 더 유동적이 되어, 액틴 띠가 새로 생성되는 두 세포 사이로 이동할 수 있게 된다. 이러한 세포질의 단단함과 유동성 사이의 변화는 세포분열을 가능하게 하는 데 핵심적인 역할을 한다.

매끄럽고 끊임없는 수축 대신, 세포 피질의 액틴 네트워크는 부드러운 상태와 단단한 상태를 번갈아 나타낸다. 부드러운 단계에서는 수축대가 안쪽으로 전진하고, 단단한 단계에서는 그 전진이 안정화된다. 전진과 안정화, 전진과 안정화... 이러한 단계적 과정을 통해 세포는 파괴적인 불안정성 없이 분열을 진행하는 것이다.

궁극적인 목표는 동일하다 : 하나의 세포에서 두 개의 독립적인 막으로 둘러싸인 세포가 생성되는 것이다. 스케일이 바뀌면, 동력학도 그에 맞춰 조정되어야 한다.

이 보고서에서 가장 눈에 띄는 것은 논쟁이 아니라, 경이로움이었다. 모든 생물체에서 수없이 반복되는 생명체의 가장 근본적인 과정 중 하나(세포분열)가 충분한 해상도와 데이터에 대한 열린 자세로 살펴보면, 여전히 새로운 고도의 복잡성을 드러낸다.

우리는 어떤 관점에서 교과서를 다시 써야하는가?

흥미롭게도, Science Daily 지의 요약 기사나 Nature 지의 논문 모두 진화(evolution)를 단 한 번도 언급하지 않았다는 것이다. 이번 연구의 진전은 세포분열 과정을 면밀히 기계적으로 연구한 결과로부터 왔다. 그렇다면 진화론적 관점이 이번 발견에 어떤 의미를 갖는지 의문이 들 수밖에 없다.

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도브잔스키(Dobzhansky)는 1973년에 "진화론적 관점에서 보지 않으면, 생물학의 어떤 것도 이해할 수 없다"라고 유명한 말을 남겼다. 그러나 박물관 전시물들에 대한 추정적 설명이 아니라, 여기서 명확하게 드러나는 것은 실험실에서 관측된 사실들에서 비롯된 것이다. 이 발견에서 드러난 것은 수학적 정밀함을 가지고, "단계적 진행을 하는" 시스템의 숨 막힐 듯한 초고도 복잡성이었다. 우리가 세포를 "이해할 수 있게 되었다"고 말하는 것은 그 구조 자체에 의미가 내재되어 있기 때문이다. 그렇다면 무엇(또는 누구)이 진정으로 이 빛을 비추고 있는 것일까? 무작위적 과정들의 축적에 의한 우연인가? 아니면, 설계자인가?

“눈이 나쁘면 온 몸이 어두울 것이니 그러므로 네게 있는 빛이 어두우면 그 어둠이 얼마나 더하겠느냐” (마태복음 6:23)

*참조 : 세포분열의 기원에 대한 진화론자들의 추정 이야기

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